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压接型IGBT动态特性测试平台中高储能密度电感的研究

发布时间:2020-11-21 23:04
   近年来,随着IGBT技术的快速发展,柔性直流输电技术日趋成熟。压接型IGBT因其功率等级高、散热性能好和开关速度快等特点,在我国柔性直流输电电网建设中发挥着重大作用。压接型IGBT动态特性测试平台是器件建模、结构优化、收集资料等工作的基础,负载电感作为其重要组成部分,已成为制约测试平台结构小型化发展的关键因素。因此,引入更高储能密度的电感以减小负载电感的体积,对实现测试平台小型化设计具有重要意义。本文首先介绍了 IGBT动态特性测试原理及压接型IGBT结构特点,通过对比不同类型的电感在动态特性测试平台应用中的优缺点,选取具有更高储能密度的Brooks电感作为测试平台的负载电感。进而搭建了 IGBT动态特性测试仿真电路,通过仿真提出Brooks电感的电感值、电阻值、集肤效应以及绝缘强度等方面的设计要求。基于上述设计要求,本文提出可以获取最大储能密度的电感设计方法。根据设计得出的电参数和结构参数,搭建了 ANSYS电磁仿真模型,通过仿真计算及动、热稳定性校验,验证了设计方法的可行性。在此基础上,进行了 Brooks电感的实物制作,并进行了阻抗特性测量和绝缘测试,各参数均符合理论设计要求。最后针对Brooks电感在压接型IGBT动态特性平台中的应用,设计了 ABB StakPak IGBT压力夹具,搭建了压接型IGBT动态特性测试平台,并分别完成了高压小电流和大电流测试。结合实验测量数据,计算了 Brooks电感的储能密度,与传统干式空心电感相比较,Brooks电感具有更高的储能密度,为进一步实现测试平台的小型化奠定了基础。
【学位单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2018
【中图分类】:TM55
【部分图文】:

磁场分布,电感


2013年西北核技术研宄所设计出电感值533pH,通流能力15kA的Brooks电感??[3()],并申请了专利。该电感采用铝制板材料,每层厚5mm,匝间绝缘采用聚丙烯薄??膜,整个电感器的电阻为13.8mQ。通过实验发现当通过大电流时,毛刺处发生强??点发射,造成层间击穿。??2015年清华大学马山刚等人将Brooks电感应用于STRETCH?meat?grinder电路??[31],在给定的充放电电流以及电感条件下,编制程序以得到能量密度最高的Brooks??电感的结构参数。同年7月,清华大学将构成XRAM电路的多个电感定制成为相互??层叠的AFSSC结构132],使电感线圈间具有强耦合作用。与原有结构相比,在相同储??能时体积更小,并计算了储能密度,突出了其优越性。2017年清华大学在设计Brooks??电感时基于AFSSC结构,通过分析给定范围内的线圈参数,计算并寻找具有最高储??能密度的电感[33]。??2016年南京理工大学设计并制作了应用于STRETCH?meat?grinder电路的??Brooks电感,在各层间填充聚碳酸酯材料以提高绝缘强度[34],并对Brooks电感的内??部磁场分布进行了仿真计算。2017年在STRETCH?meat?grinder电路拓扑各参数要求??下,利用ANSYS软件建立仿真模型进行仿真计算,并对AFSSC单元的匝间距进行??

动态特性测试,序图,原理图,双脉冲


图2-1IGBT动态特性测试原理图a)及测试序图b)??Fig.2-1?IGBT?dynamic?characteristics?test?principle?diagram?a)?and?test?sequence?diagram?b)??图2-1?a)所示,双脉冲测试电路釆用二极管箝位的感性负载电路,这是IGBT??最常见的应用电路,也是常用于器件测试的通用测试电路,该测试电路需要的组件??为:直流电源Foe、充电电容C〇c、直流母线、脉冲信号发生器、栅极驱动、被测??器件、负载电感Il〇ad。??图2-1?b)所示为双脉冲的测试序图,图中第一个栅极脉冲用于对负载电感充??电,将电流充到待测电流时,IGBT关断得到关断电流、电压波形;第二个栅极脉??冲信号使IGBT再次开通得到开通电流、电压波形。双脉冲信号发生器要保证r〇-/3??内各时间段自由可调,市场上把这种脉冲信号作为基本函数发生器的非常少,因此??我们通过可编程的DSP微处理器来产生双脉冲。双脉冲测试基本过程如下[24,3\??心/1:在ft时刻之前,母线电容被充电到需要的电压值,此时负载电感电流几??为0,待测IGBT处于关断状态。随着ft时刻IGBT导通信号的到来,母线电容开??始对负载电感充电

开通过程,集电极电流,阈值电压,双脉冲


a)?b)??图2-1IGBT动态特性测试原理图a)及测试序图b)??Fig.2-1?IGBT?dynamic?characteristics?test?principle?diagram?a)?and?test?sequence?diagram?b)??图2-1?a)所示,双脉冲测试电路釆用二极管箝位的感性负载电路,这是IGBT??最常见的应用电路,也是常用于器件测试的通用测试电路,该测试电路需要的组件??为:直流电源Foe、充电电容C〇c、直流母线、脉冲信号发生器、栅极驱动、被测??器件、负载电感Il〇ad。??图2-1?b)所示为双脉冲的测试序图,图中第一个栅极脉冲用于对负载电感充??电,将电流充到待测电流时,IGBT关断得到关断电流、电压波形;第二个栅极脉??冲信号使IGBT再次开通得到开通电流、电压波形。双脉冲信号发生器要保证r〇-/3??内各时间段自由可调,市场上把这种脉冲信号作为基本函数发生器的非常少,因此??我们通过可编程的DSP微处理器来产生双脉冲。双脉冲测试基本过程如下[24,3\??心/1:在ft时刻之前,母线电容被充电到需要的电压值,此时负载电感电流几??为0
【参考文献】

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本文编号:2893738

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